Безопасность в Fusion
В то время как ядерное деление извлекает энергию из расщепления атомных ядер, ядерный синтез делает это, соединяя их, высвобождая энергию в процессе. Хотя обе атомные реакции производят энергию путем модификации атомов, их фундаментальные различия имеют большое значение для безопасности.
Условия, необходимые для начала и поддержания реакции синтеза, делают невозможными аварию типа деления или ядерный расплав, основанный на цепной реакции. Для ядерных термоядерных электростанций потребуются невероятные условия — температуры, превышающие 100 миллионов градусов по Цельсию, чтобы достичь достаточно высокой плотности частиц для протекания реакции. Поскольку термоядерные реакции могут происходить только в таких экстремальных условиях, «неуправляемая» цепная реакция невозможна, пояснила Сехила Гонсалес де Висенте, физик-ядерщик МАГАТЭ.
Реакции синтеза зависят от непрерывной подачи топлива, и процесс очень чувствителен к любым изменениям рабочих условий. Учитывая, что реакция синтеза может остановиться в течение нескольких секунд, процесс по своей сути безопасен. «Слияние — это самоограничивающийся процесс: если вы не можете контролировать реакцию, машина отключается», — добавила она.
Кроме того, термоядерный синтез не приводит к образованию высокорадиоактивных долгоживущих ядерных отходов. «В результате синтеза образуются только низкоактивные отходы — больше, чем при делении, — но эти низкоактивные отходы не представляют серьезной опасности», — сказал Гонсалес де Висенте. Загрязненные предметы, такие как защитная одежда, чистящие средства и даже медицинские трубки или тампоны, являются короткоживущими низкоактивными отходами, с которыми можно безопасно обращаться, соблюдая основные меры предосторожности.
В большинстве современных экспериментальных термоядерных устройств в качестве топлива используется смесь дейтерия и трития. Тритий — радиоактивный изотоп водорода с периодом полураспада 12,3 года.По словам Гонсалеса де Висенте, в результате реакции синтеза высвобождаются нейтроны, которые ударяются о стену, окружающую активную зону реактора, и поглощаются ею, что делает ее радиоактивной. «Нейтроны реагируют с литием, содержащимся в стенке, образуя тритий, который затем может быть повторно введен в машину». Однако у установок синтеза и деления есть некоторые сходства, например, в том, как обращаются с радиоактивным материалом и как используются системы охлаждения. «Регуляторные органы имеют большой опыт в области безопасности и сохранности ядерного деления. Мы работаем с ними, чтобы гарантировать, что все применимые знания будут переданы в термоядерный синтез», — сказал Гонсалес де Висенте. «Однако не все можно перевести однозначно, и следует выявить и устранить различия с термоядерным синтезом, такие как уменьшенное количество и разнообразие радиоактивного материала, невозможность расплавления активной зоны и отсутствие долгоживущих отходов. . МАГАТЭ помогает содействовать этим усилиям».
Международное сотрудничество
ИТЭР, крупнейший в мире термоядерный эксперимент, собрал экспертов из 35 стран, чтобы работать над тем, чтобы сделать термоядерные источники энергии реальностью, а также помогать решать проблемы безопасности и защиты термоядерного синтеза по мере развития проекта.
Высокая степень безопасности может быть обеспечена за счет применения соответствующих требований безопасности к делению, таких как нормы безопасности МАГАТЭ, к термоядерному синтезу. Например, как и в случае с ядерными реакторами деления, предлагаемые термоядерные установки также должны учитывать регулирование дозы, а установки должны быть спроектированы таким образом, чтобы минимальная доза была «настолько низкой, насколько это разумно достижимо», или ALARA. Однако, учитывая принципиальные различия в риске аварий, необходимо применение дифференцированного подхода, чтобы избежать чрезмерного регулирования процесса термоядерного синтеза. «Проблема со всеми существующими стандартами безопасности заключается в том, что они ориентированы на деление», — сказал Стефан Кальпена, заместитель начальника отдела безопасности и качества Организации ИТЭР.«Нам необходимо выделить стандарты, относящиеся к термоядерному синтезу, и применять их с учетом риска, чтобы убедиться, что технология не только осуществима, но и действительно безопасна. Термоядерный синтез — это новый способ создания энергии, и это все еще очень молодая технология».
МАГАТЭ помогает развитию этой технологии, проводя технические совещания экспертов для обмена знаниями, которые могут помочь в решении проблем в области термоядерного синтеза и обеспечить безопасность термоядерных установок. Первое совместное техническое совещание МАГАТЭ и ИТЭР по безопасности и радиационной защите при термоядерном синтезе под председательством Кальпены в ноябре 2020 года было посвящено разработке методологии определения потенциальных типов и количества радиоактивных или опасных материалов, которые могут быть выброшены в окружающую среду на термоядерных установках. , а также по подготовке публикаций, эквивалентных Серии норм безопасности МАГАТЭ № SSR-4 и SSG-12 для термоядерного синтеза. На совещании были рассмотрены такие темы, как критерии риска, а также проектирование и эксплуатация термоядерных установок. Семинар по обращению с отходами для термоядерного синтеза, запланированный на октябрь 2021 года, рассмотрит, как классифицируются и утилизируются радиоактивные отходы от производства термоядерной энергии.
